Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI elucidaram como a espermina, uma pequena molécula que regula muitos processos nas células humanas, protege contra doenças como Alzheimer e Parkinson: ela age um pouco como o queijo no macarrão, fazendo com que eles se aglomerem e, assim, tornando certas proteínas inofensivas. Esta descoberta pode ajudar no combate a essas doenças. A pesquisa já foi publicada na revista comunicações da natureza.
À medida que as pessoas vivem mais, as doenças relacionadas com a idade, incluindo doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson, tornam-se mais comuns. Estas condições são causadas pela acumulação prejudicial de proteínas amilóides mal dobradas no cérebro. Essas estruturas proteicas formam fibras longas e finas, semelhantes ao macarrão espaguete. Até agora, não existem tratamentos eficazes que possam prevenir ou remover de forma confiável esses depósitos de proteínas.
A espermina atua como um protetor natural de células e animais
Uma molécula que ocorre naturalmente no corpo chamada espermina oferece uma nova esperança. Em experiências de laboratório, uma equipa liderada por Jinghui Luo, do Centro PSI para Ciências da Vida do Instituto Paul Scherrer, mostrou que a espermina pode prolongar a vida útil de pequenos vermes, melhorar a sua capacidade de movimento à medida que envelhecem e fortalecer as suas mitocôndrias, as suas potências celulares. Os pesquisadores descobriram que a espermina apoia o sistema imunológico do corpo na eliminação dos depósitos amilóides que danificam os nervos.
Estes novos resultados podem estabelecer as bases para o desenvolvimento de novas estratégias de tratamento para doenças como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.
A espermina é essencial para o funcionamento dos organismos vivos. Pertence a um grupo de moléculas orgânicas relativamente pequenas chamadas poliaminas. A espermina foi descoberta há mais de 150 anos e recebeu o nome do sêmen. A concentração de espermina no sémen é particularmente elevada. No entanto, também é encontrado em muitos outros tipos de células em todo o corpo, especialmente em células ativas e capazes de se dividir.
Regulação genética e condensação biomolecular
A espermina apoia o movimento e a atividade celular e está envolvida em muitos processos celulares diferentes. Uma de suas principais funções é interagir com os ácidos nucléicos do genoma, ajudando a regular quais genes são ativados e como são traduzidos em proteínas. Esta regulação garante que as células possam crescer, dividir-se e eventualmente morrer de forma controlada. A espermina também é crucial para um processo celular chamado condensação de biomoléculas. Durante este processo, moléculas grandes, como proteínas e ácidos nucleicos, separam-se e agregam-se em áreas semelhantes a gotículas dentro das células, formando pequenos centros de reação onde ocorrem importantes reações bioquímicas.
No contexto de doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson, as primeiras pesquisas mostraram que a espermina pode proteger as células nervosas e aliviar problemas de memória relacionados com a idade. Até agora, não tínhamos uma compreensão clara de como a espermina afeta processos prejudiciais nas células nervosas que poderiam ter uso médico.
Ajuda as células a remover resíduos tóxicos de proteínas
A equipe de pesquisa de Luo estudou agora esses mecanismos com maior profundidade. Além da microscopia óptica, os cientistas usaram um método chamado espalhamento SAXS na Swiss Light Source SLS da PSI para estudar a dinâmica molecular dos processos envolvidos. Eles estudaram estes efeitos em capilares de vidro (in vitro) e em organismos vivos (in vivo). Para sistemas vivos, eles usaram o nematóide Caenorhabditis elegans como organismo modelo.
Seus experimentos mostraram que a espermina faz com que proteínas prejudiciais se agrupem e formem aglomerados por meio de aglomeração biomolecular. Esse comportamento oferece suporte a um processo regular de limpeza celular chamado autofagia. Na autofagia, proteínas danificadas ou indesejadas são encapsuladas em pequenas vesículas ligadas à membrana e depois decompostas com segurança por enzimas, reciclando efetivamente os componentes celulares.
“A autofagia é mais eficiente no processamento de aglomerados maiores de proteínas”, disse o líder do estudo, Luo. “A espermina é o agente de ligação que mantém as cadeias unidas, por assim dizer. Existem apenas atrações fracas entre as moléculas, que as organizam, mas não as mantêm firmemente unidas.”
Luo explica que todo o processo pode ser imaginado como um prato de espaguete. “A espermina age como o queijo, conectando macarrão longo e fino em vez de colá-lo, tornando-o mais fácil de digerir.”
Das metáforas da cozinha às futuras terapias
A espermina também parece desempenhar um papel em outras doenças, incluindo o câncer. Mais pesquisas são necessárias para compreender os mecanismos subjacentes a essas condições antes que os tratamentos à base de espermina possam se tornar uma opção realista. Além da espermina, muitas outras poliaminas também desempenham papéis importantes no corpo e são, portanto, de importância médica. Isso torna as perspectivas futuras de pesquisas neste campo muito amplas. “Se compreendermos melhor os processos subjacentes”, disse Luo, “podemos sem dúvida cozinhar pratos mais saborosos e mais fáceis de digerir, porque assim saberemos exatamente quais temperos e quantidades tornam o molho particularmente saboroso”.
Inteligência artificial e imagens avançadas aceleram a pesquisa sobre espermina
A inteligência artificial também é utilizada nesta busca, pois pode calcular mais rapidamente combinações promissoras de “ingredientes de molho” com base em todos os dados disponíveis. Luo também observou que medições de dispersão resolvidas no tempo e imagens de alta resolução, que podem capturar esses processos no nível subcelular em tempo real, serão essenciais para este trabalho e pesquisas futuras. Fora do PSI, apenas algumas outras instalações síncrotron em todo o mundo têm acesso a esta abordagem avançada.
Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI elucidaram como a espermina, uma pequena molécula que regula muitos processos nas células humanas, protege contra doenças como Alzheimer e Parkinson: ela age um pouco como o queijo no macarrão, fazendo com que eles se aglomerem e, assim, tornando certas proteínas inofensivas. Esta descoberta pode ajudar no combate a essas doenças. A pesquisa já foi publicada na revista comunicações da natureza.
A nossa esperança de vida continua a aumentar e, ao mesmo tempo, as doenças relacionadas com a idade, incluindo doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson, estão a tornar-se cada vez mais comuns. Estas doenças são causadas pela acumulação de estruturas proteicas prejudiciais no cérebro, compostas por proteínas amilóides mal dobradas. Seu formato lembra macarrão de fibra ou espaguete. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para prevenir ou eliminar esse acúmulo.
No entanto, uma molécula encontrada naturalmente no corpo chamada espermina oferece esperança. Em experiências, investigadores liderados por Jinghui Luo, diretor de investigação do Centro PSI para Ciências da Vida do Instituto Paul Scherrer, descobriram que a substância prolongou a vida útil dos pequenos vermes, aumentou a sua mobilidade na velhice e fortaleceu as mitocôndrias das suas células, as potências das suas células. Especificamente, os pesquisadores analisaram como a espermina ajuda o sistema imunológico do corpo a eliminar o acúmulo de proteínas amilóides que danificam os nervos.
As novas descobertas poderão servir de base para o desenvolvimento de novos tratamentos para estas doenças.
mediador central de processos celulares
A espermina é uma substância importante para os organismos vivos. Pertence às chamadas poliaminas, que são moléculas orgânicas relativamente pequenas. A espermina foi descoberta há mais de 150 anos e recebeu o nome do sêmen porque sua concentração no sêmen é particularmente alta. Mas também ocorre em muitas outras células do corpo, especialmente naquelas que estão ativas e capazes de se dividir.
A espermina promove a fluidez e atividade celular e controla muitos processos. Mais importante ainda, interage com os ácidos nucleicos do genoma, regulando a expressão dos genes e a sua conversão em proteínas. Isso garante que as células possam crescer e se dividir normalmente e eventualmente morrer. A espermina também está no centro de um importante processo celular chamado condensação biomolecular: neste processo, certas moléculas grandes (como proteínas e ácidos nucleicos) separam-se como gotículas e reúnem-se dentro das células para que aí possam ocorrer reações importantes.
Ligada a doenças neurodegenerativas como Alzheimer ou Parkinson, houve evidências anteriores de que a espermina pode proteger as células nervosas e mitigar a perda de memória relacionada com a idade. Até agora, no entanto, faltava uma compreensão mais precisa de como a espermina intervém no processo de lesão nervosa – uma compreensão que poderia tornar possível obter benefícios médicos dela.
Ajuda a remover resíduos celulares
A equipe de Jinghui Luo investigou isso com mais detalhes. Além da microscopia óptica, os pesquisadores utilizaram a técnica de espalhamento SAXS da PSI Swiss Light Source SLS para revelar a dinâmica molecular desses processos. Os estudos foram realizados em tubos capilares de vidro (in vitro) e em organismos (ao vivo). O nematóide Caenorhabditis elegans serve como organismo modelo.
A pesquisa mostra que a espermina faz com que proteínas prejudiciais se agrupem, em certo sentido, através da condensação de biomoléculas. Isto promove um processo chamado autofagia, que ocorre frequentemente nas nossas células: proteínas danificadas ou desnecessárias são embaladas em pequenas vesículas de membrana e degradadas com segurança por enzimas – efetivamente um processo de reciclagem natural.
“A autofagia é mais eficiente no processamento de aglomerados maiores de proteínas”, disse o líder do estudo, Luo. “A espermina é o agente de ligação que mantém as cadeias unidas, por assim dizer. Existem apenas atrações fracas entre as moléculas, que as organizam, mas não as mantêm firmemente unidas.”
A coisa toda também pode ser imaginada como um prato de espaguete, disse Rowe. “A espermina age como o queijo, conectando macarrão longo e fino em vez de colá-lo, tornando-o mais fácil de digerir.”
Quer: A combinação certa de ingredientes
A espermina também tem efeitos sobre outras doenças, como o câncer. Também aqui é necessária investigação para elucidar o seu mecanismo de acção – então seriam concebíveis tratamentos à base de espermina. Além da espermina, existem muitas outras poliaminas que desempenham funções importantes nos organismos e são, portanto, de interesse médico. Portanto, a pesquisa nesta área tem um grande potencial. “Se compreendermos melhor os processos subjacentes”, disse Luo, “podemos sem dúvida cozinhar pratos mais saborosos e mais fáceis de digerir, porque assim saberemos exatamente quais temperos e quantidades tornam o molho particularmente saboroso”.
A inteligência artificial também é utilizada nesta busca, pois pode calcular mais rapidamente combinações promissoras de “ingredientes de molho” com base em todos os dados disponíveis. Luo também observou que as técnicas de dispersão resolvida no tempo e imagens de alta resolução, que podem mapear esses processos em tempo real e até o nível subcelular, também serão importantes para este e estudos subsequentes. Além do PSI, existem apenas algumas outras instalações síncrotron no mundo que podem utilizar esta abordagem.
